Fusión en anillo de receptores de perileno dimida que permite celdas solares orgánicas no fullerenas eficientes con...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Productos electrónicos orgánicos
• Las instalaciones fotovoltaicas

Sus antecedentes:

• Los aceptores de moléculas pequeñas (SMA) son cruciales para el rendimiento de las células solares orgánicas (OSC).
• Los derivados de perileno diimida (PDI) son SMA ampliamente estudiados, pero su eficiencia a menudo está limitada por el empaque molecular y los niveles de energía.
• Las estrategias para optimizar los SMA basados en PDI son esenciales para el avance de la tecnología OSC.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y sintetizar un nuevo receptor de moléculas pequeñas fusionado en anillo (FTTB-PDI4) basado en un núcleo de tetramero PDI.
• Investigar el impacto de la fusión de anillos en las propiedades optoelectrónicas y la morfología de los SMA basados en PDI.
• Evaluar el rendimiento de FTTB-PDI4 en células solares orgánicas y establecer un nuevo punto de referencia para los dispositivos basados en PDI.

Principales métodos:

• Síntesis de FTTB-PDI4 mediante la fusión en anillo de unidades de tiofeno y PDI en un núcleo de tetratienilbenceno.
• Caracterización de las propiedades fotofísicas, incluidos los niveles de energía y la absorción de luz.
• Análisis morfológico utilizando técnicas para evaluar la pureza del dominio y el empaque molecular.
• Fabricación y ensayo de células solares orgánicas utilizando FTTB-PDI4 como el SMA.
• Cálculos teóricos para comprender la geometría molecular y la estructura electrónica.

Principales resultados:

• FTTB-PDI4 exhibió una pequeña pérdida de voltaje de 0,53 V y una alta eficiencia de conversión de potencia del 10,58%.
• La fusión de anillos condujo a niveles de energía más favorables, una mayor absorción de luz y un empaque intermolecular más fuerte en comparación con los análogos no fusionados.
• La molécula fusionada demostró una mayor pureza de dominio, un mejor empaque molecular y una movilidad de electrones sostenida en la mezcla.
• Los cálculos teóricos revelaron una geometría distinta de "doble piso" para el FTTB-PDI4, a diferencia de los tetrámeros PDI altamente retorcidos.

Conclusiones:

• La fusión de anillos es una estrategia muy eficaz para diseñar aceptores de moléculas pequeñas basados en PDI de alto rendimiento.
• FTTB-PDI4 representa un avance significativo, logrando la mayor eficiencia reportada para los dispositivos basados en PDI hasta la fecha.
• La geometría única de "doble piso" y las interacciones intermoleculares mejoradas contribuyen al rendimiento superior de FTTB-PDI4.
• Este trabajo proporciona un enfoque de diseño molecular prometedor para futuras células solares orgánicas de alta eficiencia.